led照明光源的优缺点
1，LED电气特性
1.1 I-V特性是表征LED芯片pn结制备性能的主要参数。LED的I-V特性是非线性和整流性的:单边导电，即施加正偏压显示接触电阻低，反之亦然。
如左图所示:
(1)正死区:(图oa或oa '部分)A点为V0的导通电压。当V < VA时，施加的电场仍然克服了大量载流子扩散引起的势垒电场，此时R很大；不同led的开启电压不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。
(2)正向工作区:电流IF与施加的电压成指数关系。
if = is(eqvf/kt–1)-为反向饱和电流。
当v > 0时，v > VF的正工作面积IF随着VF指数IF =为e qVF/KT而增加。
(3)反向死区:当v < 0时，pn结反向偏置。
当V=-VR，反向漏电流为IR(V= -5V)时，GaP为0V，GaN为10uA。
(4)反向击穿区v
1.2 C-V特性
鉴于LED芯片有9×9mil (250×250um)、10×10mil、11×1 mil(280×280um)、12×。
C-V特性是二次函数(如图2所示)。用C-V特性测试仪测量1MHZ交流信号。
1.3最大允许功耗PF m
当流经LED的电流为IF，管压降至UF时，功耗为P=UF×IF。
LED工作时，施加的偏置电压和偏置电流一定会促进载流子复合发光，其中一部分会变成热量，使结温升高。如果结温为Tj，外部环境温度为Ta，当TJ > TA时，内部热量将借助管座传递到外部，热量(功率)被耗散，可表示为p = KT(TJ–Ta)。
1.4响应时间
响应时间表示显示器跟踪外部信息变化的速度。目前LCD(液晶显示器)的几种大概是10-3~10-5S，CRT、PDP、LED都达到10-6~10-7S(美标级)。
①响应时间，从使用角度来说，就是LED开关时延迟的时间，也就是图中的tr和tf。图中t0的值很小，可以忽略不计。
②响应时间主要取决于载流子寿命、器件结电容和电路阻抗。
LED-上升时间tr的点亮时间是指从接通电源使发光亮度达到正常值的10%到发光亮度达到正常值的90%的时间。
LED关断时间-下降时间tf是指正常发光下降到10%的时间。
不同材料的led响应时间不同；如GaAs、GaAsP、GaAlAs，响应时间小于10-9s，差距为10-7 S，因此，它们可用于10~100MHZ高频系统。
2 LED光学特性
有两个系列的发光二极管:红外线(不可见)和可见光。前者可以通过光度来测量其光学特性。
2.1法线发光强度及其角分布Iθ
2.1.1发光强度(正常光强)是表征发光器件发光强度的重要性能。大量LED应用需要圆柱形和球形封装。由于凸透镜的作用，它们都具有很强的指向性:法线方向的光强最高，与水平面的夹角为90°。当不同的θ角偏离法线方向时，光强也发生变化。发光强度取决于不同封装形状的角度方向。
2.1.2光强的角分布Iθ描述了LED在空间各个方向的光强分布。主要看封装工艺(包括支架，模头，环氧树脂里有没有加散射剂)。
(1)为了获得高方向性角分布(如图65，438+0所示)
(LED管芯的位置远离管芯头；
(2)使用锥形(子弹形)模头；
③不要在封装的环氧树脂中加入分散剂。
以上措施可以使LED 2θ 1/2 = 6，大大提高了指向性。
⑵目前几种常用封装的散射角(2θ1/2角)分别为5、10、30、45。
2.2发光峰值波长及其光谱分布
(LED的发光强度或光功率输出随波长变化，画出分布曲线——光谱分布曲线。当该曲线被确定时，器件的色度参数，例如主波长和纯度，也依赖于它。
LED的光谱分布与制备中使用的化合物半导体的种类、性质和pn结结构(外延层厚度、掺杂杂质)有关，与器件的几何形状和封装方式无关。
下图显示了由不同化合物半导体和掺杂制成的几个led的光谱响应曲线。在…之中
LED光谱分布曲线
1蓝色InGaN/GaN 2绿色GaP:N 3红色GaP:Zn-O
4红外GaAs 5硅光敏光电池6标准钨灯
①发射光谱峰值λ p = 460 ~ 465 nm的蓝色InGaN/GaN发光二极管；
②绿色间隙:发射峰值λ p = 550 nm的N LED
③红色间隙:发射峰λ p = 680 ~ 700 nm的Zn-O LED；
④红外LED采用GaAs材料，发射峰值λλp = 910n m；；
⑤硅光电二极管，通常用于光电接收。
从图中可以看出，无论什么材料的LED，都有一个相对光强(最大光输出)最强的地方，应该有一个波长与之对应，这个波长叫做峰值波长，用λ p表示..只有单色光才有λp波长。
⑵谱线宽度:LED谱线峰值两侧有光强等于峰值一半(最大光强)的两点，分别对应λ p-λ，λ p+λ之间的宽度称为谱线宽度，也叫半功率宽度或半高度宽度。
FWHM反映的是较窄的谱线宽度，即LED单色性的参数，LED的FWHM小于40 nm。
⑶主波长:有些发光二极管发出的光不止一种颜色，即不只有一个峰值波长；甚至有很多峰，不是单色光。引入主波长来描述LED的色度特性。主波长是LED发出的主要单色光中人眼能观察到的波长。单色性越好，λp就是主波长。
例如，GaP材料可以发射多个峰值波长，但是只有一个主波长。LED长时间工作，结温会升高，主波长会偏向长波长。
2.3光通量
光通量F是代表LED总光输出的辐射能，它标志着器件的性能。f是LED向各个方向发光的能量之和，与工作电流直接相关。随着电流的增加，LED的光通量增加。可见光LED的光通量单位是流明(lm)。
LED辐射的功率光通量与芯片材料、封装工艺水平和外部恒流源的大小有关。目前单色LED最大光通量约为1 lm，白光LED F≈1.5 ~ 1.8 lm(小芯片)。对于1mm×1mm的功率芯片，制作白光LED，其F=18 lm。
2.4发光效率和视觉灵敏度
① LED效率包括内部效率(pn结附近将电能转化为光能的效率)和外部效率(向外部辐射的效率)。前者仅用于分析和评估芯片的特性。
LED光电最重要的特性是辐射的光能(发光量)与输入电能的比值，即发光效率。
②视觉灵敏度是照明和光度学中一些参数的使用。人的视觉灵敏度在λ = 555nm处具有最大值680 lm/w。若视觉灵敏度为Kλ，则光能p与可见光通量f的关系为p =∫pλdλ；F=∫KλPλdλ
③发光效率-量子效率η =发射光子数/pn结载流子数=(e/hcI)∫λPλdλ。
如果输入能量为W=UI，则光能利用率η p = P/W。
若光子能量hc=ev，则η η p，则总光通量F=(F/P)P=KηPW其中k = f/p。
④流明效率:LED的光通量f/外部功耗w = kη p。
这是为了评估具有外部封装的LED的特性。LED的流明效率是指在相同的外加电流下，辐射可见光的能量更大，所以也称为可见光的发光效率。
几种常见led的流明效率(可见光发射效率)如下:
LED发光色λp(nm)材料的可见光发射效率(lm/w)和外量子效率。
最高值的平均值
红光700660650缺口:Zn-ogalasgaasp 2 . 40 . 270 . 38 120 . 50 . 5 1 ~ 30 . 30 . 2。
黄灯590缺口:N-N 0.45 0.1
绿光555缺口:n4.20.7 0.015 ~ 0.15。
蓝光465 GaN 10
白色光谱带为GaN+YAG小芯片1.6，小芯片18。
一个高质量的LED需要大量的光能和尽可能多的光，也就是外部效率高。其实LED向外发射只是内部发射的一部分，总的发光效率应该是
η=ηiηcηe，其中ηi是P和N结区的少数载流子注入效率，ηc是势垒区的少数载流子和多载流子复合效率，ηe是外部光提取效率。
因为LED材料的折射率很高，ηi≈3.6。当芯片发出的光垂直入射到晶体材料与空气(无环氧封装)的界面时，被空气反射，反射率为(n 1-1)2/(n 1+1)2 = 0.32，占反射光的32%。
为了进一步提高外界光效率ηe，可以采取以下措施:①在芯片表面覆盖一层高折射率的透明材料(环氧树脂n=1.55不理想)；(2)将芯片晶面加工成半球；
③采用Eg大的化合物半导体作为衬底，减少晶体中的光吸收。曾经有人用n=2.4~2.6、热塑性高的低熔点玻璃[成分为-S(Se)-Br(I)]作为密封帽，可以提高红外GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效率4~6倍。
2.5发光亮度
亮度是LED发光性能的另一个重要参数，具有很强的指向性。它在法线方向的亮度BO=IO/A，规定了发光体在某一方向的表面亮度等于单位立体角内发光体表面单位投影面积辐射的光通量，单位为cd/m2或nit。
如果光源的表面是理想的漫反射表面，则亮度BO是恒定的，与方向无关。晴朗的蓝天和日光灯的地表亮度约为7000尼特，太阳从地面照射的地表亮度约为14×108尼特。
LED的亮度与施加的电流密度有关，一般LED的JO(电流密度)和BO的增加也大致增加。此外，亮度还与环境温度有关。随着环境温度的升高，ηc(复合效率)降低，BO降低。在环境温度不变的情况下，电流增加足以引起pn结结温上升，温度上升后亮度饱和。
2.6寿命
老化:LED的光强或亮度随着长期工作而降低。器件的老化程度与外接恒流源的大小有关，可以描述为Bt =鄂博-t/τ，Bt为t时间后的亮度，BO为初始亮度。
通常把亮度降低到Bt=1/2BO所用的时间t称为二极管的寿命。确定t需要很长时间，寿命通常通过计算得出。测量方法:给LED施加恒流源，点亮103 ~104小时后，依次测量BO，Bt=1000~10000，代入Bt=鄂博-t/τ，求出τ；代入Bt=1/2BO，可得寿命t。
长期以来，一直认为LED的寿命是106小时，也就是说单个LED在IF=20mA。随着功率型LED的发展和应用，国外学者认为LED的光衰百分比是寿命的基础。比如LED的光衰是原来的35%，使用寿命> > 6000h h..
3热特性
LED的光学参数与pn结的结温密切相关。一般LED长时间工作在小电流< 10 mA或10~20 mA时，温升不明显。如果环境温度高，LED的主波长或λp会向长波长漂移，BO也会降低。特别是点阵和大显示屏的温升会影响LED的可靠性和稳定性，所以要专门设计一个散射通风装置。
LED主波长与温度的关系可以表示为λp(t′)=λ0(t0)+△TG×0.1nm/℃。
根据公式，结温每升高10℃，波长向长波长移动1nm，发光的均匀性和一致性变差。这需要照明用灯光源的小型化和密集排列，以提高单位面积的光强和亮度。特别要注意设计散热性好的灯壳或者特殊的通用设备，保证LED长期工作。